[发明专利]一种碳纤维用水性环氧树脂上浆剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种上浆剂的制备方法。

背景技术

碳纤维是脆性材料，在生产及加工过程中，经机械摩擦容易产生毛丝及单丝断裂等现象 ，使碳纤维的强度降低，而且由于毛丝的存在，使基体树脂不能充分润湿碳纤维，使之在制 备的复合材料中容易产生孔隙，从而影响复合材料的力学性能，并且毛丝还会对工作环境产 生影响。因此，必须对碳纤维进行上浆，上浆的作用是在碳纤维表面形成保护膜，这样在后 续的加工过程中不仅可保护碳纤维表面，减少毛丝及单丝断裂现象，使碳纤维易与集束，而 且还可起一过渡层的作用，改善碳纤维与基体树脂的相容性，从而改善了复合材料的界面粘 结。

目前，碳纤维上浆剂可分为两种，一种是溶液型的，是将有机树脂如聚乙烯醇、醋酸乙 烯酯聚合物、丙烯酸的聚合物、聚氨酯、环氧树脂等溶解在丙酮等有机溶剂中配制而成的， 但是溶液型上浆剂需要大量易燃的有机溶剂，会带来经济、安全、卫生等方面的问题。另一 种是乳液型的，以一种树脂为主体，配以定量的乳化剂有时还含有少量交联剂，视树脂性质 而定，以及提高界面粘合性的助剂制成的乳液，它一般不易在导辊上残留下树脂，又无溶剂 污染环境，而且由于乳液中含有表面活性剂提高了纤维表面的被润湿性，同时又可通过助剂 、偶联剂、达到提高的目的，因而国外广泛采用乳液型上浆剂，但是乳液型上浆剂的成本高 ，限制其推广适用；目前，国内研究的乳液型上浆剂性能不是很理想，不能同时保证碳纤维 具有较好的集束性、光滑度、柔软性、柔韧性等，且不能同时的满足纤维间丝条整体松散程 度、开纤性、单根纤维间的交联程度等性能指标，不能满足目前生产的需求和市场的需要。

发明内容

本发明为了解决现有国外的乳液型上浆剂成本高；国内研究的乳液型上浆剂性能不好， 对碳纤维的增强作用差的问题，而提供一种碳纤维用水性环氧树脂上浆剂的制备方法。

碳纤维用水性环氧树脂上浆剂的制备方法按以下步骤实现：一、在70℃的水浴中按质量 比80∶20加入环氧树脂和水性环氧乳化剂，然后置于高剪切分散乳化机中，以1500～ 16000r/min的转速进行搅拌，并滴加去离子水至混合体系发生相转移，20～90min后再滴加 去离子水至混合体系的固含量为40％～50％，继续搅拌30min，得水性环氧树脂HIT-WE；二、 在70℃的水浴中按质量比80∶20加入环氧树脂固化剂和水性环氧乳化剂，然后置于高剪切分 散乳化机中，以1500～8000r/min的转速进行搅拌并滴加去离子水，3～5h后再滴加去离子水 至混合体系的固含量为40％～50％，得水溶性环氧树脂固化剂HIT-GY；三、用去离子水将水性 环氧树脂HIT-WE稀释至固含量为0.5％～5％，然后分散至粒径为100～500nm，得水性环氧树脂 乳液HIT-Y；四、按质量比100∶0.01～0.25将水性环氧树脂乳液HIT-Y与水溶性环氧树脂固 化剂HIT-GY混合，得水性环氧树脂乳液体系HIT-S；五、按质量百分比将90％～98％的水性环 氧树脂乳液体系HIT-S和2％～10％的助剂混合，即得碳纤维用水性环氧树脂上浆剂；其中步骤 二中环氧树脂固化剂为三乙烯四胺、对苯二胺、脂肪族胺或芳香二胺；步骤三中分散是采用 高剪切分散乳化机以3000～8000r/min的转速进行分散或者采用超声分散10～30min；步骤五 中助剂是脂肪酸SR-GWS和脂肪族酰胺SR-508。

本发明碳纤维用水性环氧树脂上浆剂，与常用的树脂基体具有很好的相容性，能同时达 到保护碳纤维表面及增强碳纤维和与树脂基体的粘结强度的目的，能充分发挥碳纤维的优异 性能，能赋予碳纤维充分的集束性、优异的力学性能和较低的饱和吸水率(＜0.6％)。本发 明碳纤维用水性环氧树脂上浆剂，具有很好的渗透性，能渗入纤维内部进行粘结；很好的水 溶性，便于上胶；有较好的粘结强度，赋予碳纤维以良好的加工性能，以承受张力和摩擦； 不落胶，不搭胶，对温度和湿度适应范围宽。本发明碳纤维用水性环氧树脂上浆剂的性能好 ，对碳纤维的增强作用好，能同时保证碳纤维具有较好的集束性、光滑度、柔软性、柔韧性 ，且能同时满足纤维间丝条整体松散程度、开纤性、单根纤维间的交联程度性能指标。本发 明制备方法简单，成本低，满足目前生产的需求和市场的需要。

附图说明